船舶電磁干擾抑制和電氣接地的研究

陳瑜

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了船舶行業(yè)的發(fā)展，大量電氣設(shè)備應(yīng)用于船舶中，在提高船舶自動(dòng)化的同時(shí)，產(chǎn)生了一定的電磁干擾?；诖?，文章從船舶電磁干擾的產(chǎn)生原因及不利影響入手，介紹了屏蔽、濾波與接地三種電磁干擾抑制策略，并給出了電氣接地的開(kāi)展策略，船廠需要提高對(duì)電纜接地的重視，合理選擇接地方式及電纜種類(lèi)，并合理選擇電纜的安裝位置，保障電氣接地抑制電磁干擾作用的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：船舶；電磁干擾；電氣接地

中圖分類(lèi)號(hào)：U665 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）36-0052-02

Abstract： As the development of science and technology has led to the development of the ship industry， a large number of electrical equipment is used in ships， which improves the ship automation， and at the same time， there is a certain amount of electromagnetic interference. Based on this， the paper introduces three electromagnetic interference suppression strategies of shielding， filtering and grounding from the causes and adverse effects of ship electromagnetic interference， and gives the development strategy of electrical grounding. Shipyards need to pay more attention to cable grounding， make reasonable selection of grounding mode and cable type， and make reasonable selection of cable installation location， to ensure that the electrical grounding is to suppress electromagnetic interference.

Keywords： ship； electromagnetic interference； electrical grounding

船舶中應(yīng)用到大量的自動(dòng)化設(shè)備及通信設(shè)備，很容易產(chǎn)生電磁干擾，從而對(duì)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。船舶制造企業(yè)及船廠需要提高對(duì)電磁干擾的重視，提升船舶電氣設(shè)備的電磁兼容性，避免電氣設(shè)備受到電磁干擾，保障船舶及工作人員的安全。因此，對(duì)于船舶電磁干擾抑制和電氣接地的研究是很有必要的。

1 船舶電磁干擾分析

電磁干擾主要是指能夠?qū)е码姎庠O(shè)備、電力系統(tǒng)性能降低或者對(duì)設(shè)備及人體造成損害的電磁現(xiàn)象。在船舶電氣設(shè)備或者電子設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)間歇性或連續(xù)性電壓與電流變化，使設(shè)備出現(xiàn)電磁能量，這種電磁能量可以由電路發(fā)射到外界環(huán)境中，從而引發(fā)電磁干擾。在電磁干擾的影響下，船舶的雷達(dá)顯示器、傳真顯示器等顯示系統(tǒng)，會(huì)出現(xiàn)模糊問(wèn)題；船舶的自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作；船舶的控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)控制偏差；船舶電氣設(shè)備或者電子設(shè)備的金屬會(huì)在電磁感應(yīng)電壓的作用下，出現(xiàn)電火花，從而引發(fā)火災(zāi)或者爆炸事故。當(dāng)電磁干擾嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)對(duì)人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及植物神經(jīng)的正常功能造成危害，引發(fā)相應(yīng)的疾病。

由此可以看出，電磁干擾對(duì)船舶及傳播工作人員的危害十分嚴(yán)重，船舶電氣設(shè)備及電子系統(tǒng)需要具備較強(qiáng)的電磁干擾抵抗能力，確保電氣設(shè)備及電子設(shè)備可以在惡劣的電磁環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，還不會(huì)對(duì)船舶的工作人員及其他系統(tǒng)產(chǎn)生電磁波輻射。也就是說(shuō)，電氣設(shè)備及電子設(shè)備需要具備一定的電磁兼容，為了確保船舶設(shè)備的電磁兼容滿足相關(guān)要求，船舶制造企業(yè)及船廠需要在設(shè)備中應(yīng)用合理的電磁干擾抑制手段，保障船舶的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 船舶電磁干擾抑制策略

按照傳輸路徑進(jìn)行劃分，船舶電磁干擾可以劃分為輻射干擾以及傳導(dǎo)干擾這兩種類(lèi)型。不同設(shè)備中存在不同的干擾形式，需要船廠采用相應(yīng)的抑制策略，保障電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。常用的電磁干擾抑制手段包括以下三個(gè)方面：（1）屏蔽抑制電磁干擾。屏蔽抑制方式主要用于抑制輻射干擾，該技術(shù)主要通過(guò)屏蔽體的而應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的阻隔或者衰減。在屏蔽抑制方式應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員需要注意以下兩點(diǎn)：第一，確保屏蔽體表面可以連續(xù)導(dǎo)電；第二，導(dǎo)體不可以直接穿透屏蔽體。只有滿足上述兩個(gè)條件，才可以保障電磁波的有效吸收與反射，實(shí)現(xiàn)電磁干擾的衰減。在船舶電磁干擾抑制中，屏蔽抑制方式主要應(yīng)用于電磁干擾較為嚴(yán)重的動(dòng)力電氣設(shè)備中。需要注意的是，技術(shù)人員在進(jìn)行電纜敷設(shè)時(shí)，選用將電子保護(hù)線路的電纜和電力電纜進(jìn)行分開(kāi)敷設(shè)，避免不同電纜出現(xiàn)交聯(lián)電氣干擾；在進(jìn)行信號(hào)發(fā)射裝置的電纜敷設(shè)時(shí)，需要選用雙芯對(duì)絞屏蔽電纜，避免控制信號(hào)受到外界信號(hào)的電磁干擾。（2）濾波抑制電磁干擾。濾波抑制方式主要用于抑制傳導(dǎo)干擾，濾波能夠在保障有用頻率信號(hào)通過(guò)的同時(shí)，阻擋電磁干擾頻率信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，船舶電氣設(shè)備的電源頻率是50Hz，濾波主要通過(guò)減少工頻干擾的方式，提升電氣設(shè)備的信號(hào)傳遞頻率，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行?；跒V波抑制電磁干擾的原理，技術(shù)人員需要在船舶中應(yīng)用電磁干擾濾波器，該設(shè)備可以有效阻擋干擾信號(hào)，通常安裝于設(shè)備信號(hào)接口位置。傳導(dǎo)干擾主要?jiǎng)澐譃楣材＜安钅＿@兩種，濾波器可以通過(guò)電容通過(guò)高頻、隔絕低頻的特征，將高頻電磁干擾信號(hào)傳輸?shù)降鼐€中，實(shí)現(xiàn)共模干擾的抑制；或者將交流相線中的一相的干擾信號(hào)傳輸?shù)搅硪幌嘀?，?shí)現(xiàn)差模干擾的抑制。與此同時(shí)，技術(shù)人員還可以在需要濾波的電纜上應(yīng)用干擾抑制鐵氧體，將干擾信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊＃?）接地抑制電磁干擾。接地主要是指電力系統(tǒng)中選擇某一個(gè)點(diǎn)和接地面間連接導(dǎo)電通路，能夠有效提升電氣設(shè)備的電磁兼容性。通常情況下，主要通過(guò)工作接地與保護(hù)接地方式實(shí)現(xiàn)船舶電磁干擾。首先，工作接地，是指利用接地將船舶電路系統(tǒng)中的電路具備同一個(gè)公共參考零電位，確保電路可以穩(wěn)定運(yùn)行，還可以將屏蔽層及屏蔽體進(jìn)行有效接地，實(shí)現(xiàn)電磁干擾的有效抑制；然后，保護(hù)接地，是指將電氣設(shè)備的機(jī)殼接地，一旦機(jī)殼帶點(diǎn)，保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)切換電源，保障工作人員的人身安全，避免觸電事故的出現(xiàn)。與此同時(shí)，保護(hù)接地方式能夠避免外界磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾，將機(jī)殼上積累的電荷傳輸?shù)酱蟮?，避免電荷形成高壓?dǎo)致火花放電事故[2]。

3 船舶電氣接地分析

（1）提高對(duì)電纜接地的重視。雖然大部分船舶制造企業(yè)認(rèn)識(shí)到電磁干擾抑制的重要性，并在制造過(guò)程中應(yīng)用屏蔽技術(shù)以及濾波技術(shù)，但是船舶電氣設(shè)備仍舊存在電磁兼容性問(wèn)題，需要船廠在船舶施工期間應(yīng)用接地技術(shù)，從多方面抑制船舶電磁干擾。通常情況下，施工人員在將電纜接入電氣設(shè)備之后，會(huì)將電纜的屏蔽層剝離，使一部分導(dǎo)體處于裸露狀態(tài)，如果這一部分導(dǎo)體與設(shè)備箱體進(jìn)行接觸，很容易使箱體帶電，從而引發(fā)觸電事故，還會(huì)導(dǎo)致電磁干擾的出現(xiàn)。因此，船廠需要提高對(duì)電纜接地的重視，將接入電氣設(shè)備的電纜進(jìn)行接地。就目前船舶電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所有工作電壓大于50V的電氣設(shè)備及電纜，都需要進(jìn)行保護(hù)接地，并嚴(yán)格控制接地導(dǎo)體的截面積，保障接地的規(guī)范性及標(biāo)準(zhǔn)性。（2）合理選擇接地方式。通常來(lái)說(shuō)，鋼質(zhì)船舶電氣設(shè)備與電纜的接地主要包括保護(hù)接地、屏蔽接地以及工作接地這三種接地方式。施工人員需要根據(jù)船舶的實(shí)際狀況及接地需求，選擇合理的接地方式，保障船舶電氣接地的有效性。首先，保護(hù)接地，通過(guò)上文分析可知，保護(hù)接地可以有效保障工作人員的人身安全，避免電磁干擾及火花放電。在鋼質(zhì)船舶中，除了雙重絕緣或者工作電壓低于50V的電氣設(shè)備，所有船舶電氣設(shè)備及電纜都需要采取保護(hù)接地措施，從整體上保障電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。然后，工作接地，通過(guò)上述分析可知，屏蔽抑制方式需要滿足兩種條件，但是從實(shí)踐角度而言，這種條件僅可以在實(shí)驗(yàn)室中滿足，船舶實(shí)際運(yùn)行過(guò)程難以做到。因此，在實(shí)際船舶電磁干擾抑制中，技術(shù)人員需要將工作接地和屏蔽抑制方式配合應(yīng)用，通過(guò)屏蔽接地方式的應(yīng)用，提高電磁干擾信號(hào)的屏蔽效果。具體而言，技術(shù)人員需要將電纜的屏蔽層接地，將屏蔽層的外側(cè)電荷傳輸?shù)酱蟮刂?，消除屏蔽體的外側(cè)電場(chǎng)，營(yíng)造良好的信號(hào)傳輸環(huán)境。就目前的船舶運(yùn)行現(xiàn)狀而言，不同的電氣設(shè)備與電纜，需要采用不同的接地方式。就單層屏蔽電纜而言，技術(shù)人員需要采取單端接地方式，將靠近電源的一側(cè)接地，避免電位差的形成，從而實(shí)現(xiàn)電磁干擾電流的有效控制，該接地方式主要應(yīng)用于低頻電路中；就兩個(gè)以上的屏蔽層電纜而言，技術(shù)人員需要將外層兩端接地，避免電感性干擾源的產(chǎn)生，并將內(nèi)層一端接地，避免電容性干擾源導(dǎo)致電磁干擾，該接地方式主要應(yīng)用于高頻電路中；就空余的電纜多余芯線，技術(shù)人員需要將其兩端接地，當(dāng)電磁場(chǎng)感應(yīng)進(jìn)入到多余芯線時(shí)，可以呈現(xiàn)出短路狀態(tài)，有效避免了電磁干擾的產(chǎn)生。（3）合理選擇電纜種類(lèi)。鑒于電磁干擾的不利影響，船廠在進(jìn)行電纜安裝時(shí)需要將其劃分為特殊工藝，合理選擇電纜的種類(lèi)，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行電纜的敷設(shè)，盡最大限度降低電磁干擾的負(fù)面影響。首先，電纜的選型，在電纜接地設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮電力系統(tǒng)的需求，還需要考慮電纜的抗電磁干擾能力，選擇裸銅導(dǎo)線等導(dǎo)電材料制成的屏蔽層，從而降低交變電磁場(chǎng)對(duì)指定區(qū)域的穿透，以此降低電磁干擾。然后，電纜的敷設(shè)，施工人員需要在敷設(shè)過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：a.將高壓電纜與低壓電纜進(jìn)行分開(kāi)敷設(shè)，分別敷設(shè)于相應(yīng)的電纜托架上；b.如果電纜帶有屏蔽信號(hào)，施工人員可以將信號(hào)電纜與電力電纜、照明電纜進(jìn)行同束敷設(shè)，如果電纜不帶有屏蔽信號(hào)，施工人員需要將信號(hào)電纜與電力電纜、照明電纜進(jìn)行分開(kāi)敷設(shè)，并將距離控制在50mm以上；c. 將本質(zhì)安全電纜和非本質(zhì)安全電纜分開(kāi)敷設(shè)，如果兩者敷設(shè)于同一個(gè)電纜托架上，需要將距離控制在50mm以上。（4）合理安裝電氣設(shè)備。為了充分發(fā)揮出電纜接地的電磁干擾抑制作用，船廠需要合理安裝電氣設(shè)備，保障收發(fā)高頻信號(hào)設(shè)備的獨(dú)立性，避免高頻信號(hào)設(shè)備對(duì)低頻電路產(chǎn)生電磁干擾。某一船廠將單邊帶電的鞭狀天線設(shè)置于船舶主機(jī)遙控設(shè)備的正前方，該該船舶航行的過(guò)程中，單邊帶電通話開(kāi)啟之后，主機(jī)遙控設(shè)備就會(huì)顯示超速并立即停車(chē)，將鞭狀天線轉(zhuǎn)移位置之后，不再出現(xiàn)上述故障。由此可以看出，在船舶電磁干擾抑制中，電氣設(shè)備的安裝部位會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此，船廠需要在有限的空間內(nèi)合理設(shè)置電氣設(shè)備的位置，如果設(shè)備安裝難以避免電磁干擾，則需要輔助電纜接地或者濾波技術(shù)等抑制措施[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電磁干擾會(huì)對(duì)船舶電氣設(shè)備產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)危害到工作人員的人身安全。通過(guò)本文的分析可知，船廠需要認(rèn)識(shí)到電磁干擾的危害，選擇合理的方式抑制電磁干擾，在電氣設(shè)備的信號(hào)接口部位安裝濾波器，并將電纜的屏蔽層接地，實(shí)現(xiàn)有效電磁干擾抑制，保障船舶的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)船舶行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。希望本文的分析可以為相關(guān)研究提供理論參考。

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